Orientação a Objetos

Encapsulando dados e algoritmos

• Procedimentos: escondem detalhes da computação tornando código mais modular

• Anos 60 e 70(!!!): tem início movimento no sentido de esconder detalhes da representação dos dados ! abstração de dados

• Uma das linguagens mais importantes da época, ADA, tinha como um de seus pontos fortes o suporte a abstração de dados e polimorfismo – ADA é OO?

Abstração de dados

• Objetivo é esconder a representação dos dados • Permite ao usuário pensar em termos das características

ABSTRATAS dos tipos que pretende manipular nos programas e não da expressão concreta de uma representação na máquina

• Ex: inteiros – Ponto de vista abstrato: inteiros da matemática, com suas

propriedades – Ponto de vista concreto: sequências de 32 bits (precisão limitada)

ou sequência de caracteres (precisão ilimitada) • Pontos

– Abstrato: localização no plano – Concreto: registro com dois campos: coordenadaX e coordenadaY

ou registro com dois campos módulo e ângulo

Abstração de dados: a noção de objetos

• Objeto é um conjunto com um estado interno (potencialmente vazio) e um conjunto de procedimentos de interface bem definida – Alteração do estado interno – Produção de valores

• Acesso aos dados apenas é possível pela interface de funções – “Perfil” da função garante abtração – Mudança de representação interna pode ser feita sem mudança de

código de usuários do objeto, SE MANTIDO O PERFIL DAS FUNÇÕES – Funções devem garantir que modificações no estado sempre

produzem novos estados consistentes.

Objetos vs programação funcional

• Programação funcional – Centrada na definição de funções – Em seu modo mais puro, sem efeitos colaterais – Processamento visto como fluxo de dados através de funções

matemáticas para produzir um resultado – Muito apropriado para escopos onde temos uma visão

matemática madura do problema • Objetos

– Centrada na definição de conjuntos de dados – Efeitos colaterais são parte integrante – Encapsulamento garante abstração e manutenção da

consistência – Mais adequado a escopos sem visão matemática madura:

mais próximo de nossa visão de mundo

Um pouco mais de do modelo de funcionamento de objetos

• O nosso domínio de problema é visto como conjuntos de dados que reagem a “mensagens”: – Mudança de estado interno – Envio de mensagens a outros objetos – Produção de um resultado

Um pouco de nomenclatura

• Objetos: unidade básica de nossa modelagem – Conjunto de informação e de processos para manipulação

desta informação • Métodos: descrição dos procedimentos que podem ser

aplicados aos dados internos – Eventualmente este processo pode envolver comunicação

com outros objetos • Mensagens: invocação de um dos métodos de um

objeto. • Variáveis de instância:

– Ambiente com valores do estado interno do objeto associados a nomes

– Variáveis contém outros objetos

Orientação a objetos

• Até agora definimos programação “baseada” em objetos • Programação orientada a objetos

– estrutura da linguagem define categorias de objetos, chamadas classes

– Classes são entidades que criam objetos (fábricas) com uma estrutura uniforme • Escopo interno com mesmos nomes • Mesmos métodos

– Classes são dispostas em uma hierarquia: • Objetos de uma classe filha têm como base mesma estrutura da

classe mãe (métodos, variáveis de instância) mas podem definir novas variáveis de instância e métodos

– Incremento

– Redefinição

Programando orientado a objetos

• Programação Orientada a Objetos é tratada extensivamente em curso específico

• Porém alguns detalhes são importantes

Cuidados com programação OO

• Em seu modelo puro, estrutura de classes é feita para herança de IMPLEMENTAÇÃO!!!!! • Variáveis de instância e métodos de objetos da classe filha

(subclasse) incluem v.i. e métodos dos objetos da classe mãe (superclasse)

• Duas classes independentes podem implementar métodos com mesmo nome e mesmo perfil mas códigos completamente diferentes

– Classes separadas, sem relação de hierarquia

– CLASSE != TIPO

– No caso geral, herança só se justifica com reutilização de código ou estrutura de dados

• Em geral só com o primeiro caso

Programação OO em seu estado puro

• Tudo são objetos – Booleanos – Inteiros – Classes – Métodos

• Todo o processamento se dá por envio de mensagens – Aritmética – Controle de fluxo – Etc.

Poucas linguagens OO puras

• Condicionais • Aritmética de máquina – Inteiros de 8, 16, 32 e 64 bits vs Inteiros – Ponto flutuante vs Números reais

OO Puras: é possível?• Claro! ➔ Smalltalk

• Como?

– Classes primitivas

• Inteiros “pequenos” (subclasse de inteiros) – Computações eficientes

• Reais “pequenos “ (subclasse de reais) • Booleanos

– Controle de fluxo: • Resolução de mensagens + objetos tipo “closure” • Ex if-then-else em Smalltalk

<booleano> ifTrue:<fechamento True> ifFalse:<fechamentoFalse> ➔Na classe primitiva True o método ifTrue:ifFalse manda a mensagem

“value” para o primeiro fechamento ➔Na calsse primitiva False o método ifTrue:ifFalse manda a mensagem

“value” para o segundo fechamento

OO Puras: é possível?• Claro! ➔ Smalltalk • Como? – Classes primitivas • Inteiros “pequenos” (subclasse de inteiros) – Computações eficientes –Overflow em conta acarreta em geração de inteiro

geral • Reais “pequenos “ (subclasse de reais) • Booleanos

OO Puras: é possível?• Claro! ➔ Smalltalk • Como? – Aritmética tem nova visão 1 + 2 ~ 1.+(2) !Para classes de números “eficientes” quando

número excede capacidade de representação a conta gera um número de classe mais geral.

!Compilador garante implementação eficiente para números “pequenos”

OO Puras: é possível?• Claro! ➔ Smalltalk • Como?

– Controle de fluxo: • Resolução de mensagens + objetos tipo “closure” • Ex if-then-else em Smalltalk

<booleano> ifTrue:<fechamento True> ifFalse:<fechamentoFalse>

➔Na classe primitiva True o método ifTrue:ifFalse manda a mensagem “value” para o primeiro fechamento

➔Na classe primitiva False o método ifTrue:ifFalse manda a mensagem “value” para o segundo fechamento

–

Vejamos agora a implementação em nosso sistema

• Nota: visão “hibrida” ! iremos estender linguagem anterior – Inteiros e booleanos não são objetos – Algumas operações não são envio de mensagens

OO no duro mundo real: Smalltalk vs. Java vs. C++

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Conceitos básicos

• Código de programas orientado a objetos organizado em classes

• Classes: – definição de unidades procedurais (métodos) + – definição de conjunto de dados (variáveis de instância)

• Durante a execução de um programa Classes são instanciadas em Objetos. – Cada objeto possui um conjunto de dados iguais aos

especificados na sua Classe.

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Conceitos básicos - 2

• Execução de processos corresponde a envio de mensagens a um objeto

• Cada mensagem deve corresponder a um método especificado na classe do objeto

• Classes organizadas em uma hierarquia (dag):] – uma classe pode ter uma ou mais Superclasses. – uma classe pode ter uma ou mais Subclasses.

• Uma classe estende sua superclasse: seus objetos também respondem aos métodos da superclasse e possuem as variáveis de instância especificadas na superclasse.

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Implementação: conceitos básicos

• Um objeto é algo semelhante a um registro de linguagens procedurais

• Objeto armazena conteúdo das variáveis de instância

• Código dos métodos ocorre apenas uma vez em cada programa, instâncias do mesmo objeto compartilham implementação do método

• Objeto corresponde a um parâmetro implícito do método.

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Exemplo

• sistema de interpretação de linguagem funcional (obs.: padrão “Interpreter”)

• Classe: OperadorEstrito – variáveis: lista de argumentos – método: avalia(lista_expressões, ambiente)

• Subclasses: OperadorIf, OperadorBegin, OperadorWhile – método avalia_com_valores(lista_valores)

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Herança: reutilização de código

• em sua forma pura o objetivo da herança é reutilização de código

• alternativa: delegação • vantagens da herança:

– refinamento de comportamento com granularidade fina – redefinição de funcionalidade de métodos

• Classes abstratas – classes que não podem ser instanciadas em objetos – não possuem todos os métodos necessários (ex. classe

OperadorEstrito) – classes abstratas sem métodos são apenas repositórios de

variáveis de instância

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Herança vs. Tipos

• tipos: conceito abstrato que indica operações que podem ser executadas

• linguagens orientadas a objeto: tipos podem estar associados ou não a classes.

• C++: tipo = classe • Java: tipo = classe ou interface • Smalltalk80: tipo = conjunto de métodos • Definição de tipos tem relação com princípios de

programação e com implementação de herança

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Implementação de Herança

• Java e Smalltalk: busca dinâmica de métodos – representação do objeto indica sua classe – classe possui associação nome -> código do método – envio de mensagem: método procurado na classe e nas

suas superclasses

• C++: execução direta do código – representação do objeto inclui endereço dos métodos de

suas classes – envio de mensagem corresponde a chamada indireta em

tempo de execução (tempo constante)

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Tipos em C++

• implementação eficiente de envio de mensagem estabelece tipo=classe

• redefinição de métodos precisa ser explícita: virtual

• herança múltipla necessária a polimorfismo (classes abstratas)

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Tipos em Smalltalk

• Classe objeto trata de mensagens não implementadas

• Tipo é apenas um conjunto de métodos, basta que classes do receptor implementem método de mesmo nome e número de argumentos

• Verificação de tipo feita dinamicamente • Polimorfismo natural

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Tipos em Java

• tipo = classe + interface • classes implementam interfaces • verificação estática de tipo + resolução

dinâmica de métodos • polimorfismo garantido por interfaces. • garante que objetos entendam mensagens

enviadas a eles

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Conclusões

• herança: mecanismo de reutilização de código de granularidade fina

• herança se contrapõe a delegação • tipos: mecanismo de verificação • implementação eficiente de herança em C++

tem implicações na estrutura de tipos e na necessidade de herança múltipla

• Java consegue unir flexibilidade da resolução dinâmica às vantagens da tipagem estática